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Las interfaces cerebro-máquina conectan el cerebro humano a sistemas externos, detectando señales eléctricas y traduciéndolas en comandos para sistemas electrónicos. Investigadores de la Universidad de Tecnología de Sydney han desarrollado un biosensor basado en grafeno para superar estas limitaciones, detectando señales EEG con alta sensibilidad y fiabilidad incluso en ambientes altamente salinos.
El sensor está hecho de grafeno epitaxial cultivado sobre un sustrato de carburo de silicio (SiC) sobre silicio, combinando las propiedades favorables del grafeno con la robustez física y la inercia química de SiC. Los investigadores utilizaron sustratos de silicio altamente dopados recubiertos con una película SiC cúbica y depositaron capas de EG en la superficie SiC.
Probaron cinco sensores basados en EG más de 10 veces, comparando la impedancia de transferencia entre los electrodos y el electrolito usando espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS). La impedancia de contacto con la piel se midió para aplicaciones en la piel, y la impedancia de contacto entre los sensores de grafeno y la piel se redujo drásticamente después de repetidas pruebas.
La impedancia de contacto con la piel del sensor fue significativamente menor que la de dos sensores EEG secos comerciales probados en la misma configuración. Los investigadores han desarrollado un nuevo electrodo para interfaces cerebro-máquina utilizando grafeno. La resistencia de contacto del sensor mejora cuando se asienta sobre la piel, reduciendo más del 75% de la resistencia inicial.
Esto permite la recolección confiable y la amplificación de las señales cerebrales, y se puede utilizar en condiciones duras. Los investigadores atribuyen esta mejora a la formación de grupos funcionales de oxígeno en los límites de los granos de grafeno, que crean una fina capa de agua fisisorbada. Este fenómeno se llama «condicionamiento superficial» y es consistente y repetible.
Las pruebas realizadas en sensores EG en contacto con un paño empapado en salinas mostraron un comportamiento similar al de la piel, pero se estabilizaron con valores de impedancia de contacto más bajos. Los investigadores también probaron la idoneidad de los sensores EG para la recogida de señales EEG colocando un sensor EG en la frente de un voluntario.
El contacto más estrecho entre sensor y piel, la superficie de contacto más dura y el sudor generado debajo de la diadema redujeron aún más la impedancia de contacto con la piel. Los sensores EG mostraron señales parpadeantes similares a los sensores de espuma comerciales, indicando su potencial uso en futuras aplicaciones controladas por el cerebro.
El biosensor de grafeno impulsará nuevas innovaciones en robótica controlada por el cerebro
Graphene biosensor will drive new innovations in brain-controlled robotics – Physics World
A non-invasive graphene-based sensor detects brain waves with high sensitivity and reliability
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